FI80149B

FI80149B - FOERFARANDE OCH APPARATUR FOER ANALYSERING AV SVAVELTRIOXID.

Info

Publication number: FI80149B
Application number: FI844433A
Authority: FI
Inventors: Sven Goeran Wennlid
Original assignee: Boliden Ab
Priority date: 1983-03-18
Filing date: 1984-11-12
Publication date: 1989-12-29
Also published as: WO1984003770A1; DE3472457D1; FI80149C; DK507984A; FI844433L; SE8301488L; US4629704A; EP0138879B1; DK507984D0; FI844433A0; EP0138879A1; SE8301488D0

Description

1 801491 80149

Menetelmä ja laite rikkitrioksidin analysoimiseksiMethod and apparatus for the analysis of sulfur trioxide

KuvausDescription

Tekniikan ala 5 Keksinnön kohteena on menetelmä rikkitrioksidin analysoimiseksi ja laite menetelmän toteuttamista varten.TECHNICAL FIELD The invention relates to a method for analyzing sulfur trioxide and to an apparatus for carrying out the method.

Tämän keksinnön tavoitteena on aikaansaada menetelmä ja laite rikkitrioksidin, joka pystyy muodostamaan sumun, analysoimiseksi ja erityisesti rikkitrioksidia sisäl-10 tävien teollisuusemissioprosessikaasujen tarkkailemiseksi tällaisten kaasujen palauttamisen ja/tai näiden kaasujen emission ympäristöihin säätelemiseksi tarkoituksena ympäristön suojaaminen.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for analyzing sulfur trioxide capable of forming a mist, and in particular for monitoring sulfur trioxide-containing industrial emission process gases to control the return and / or emission of such gases to the environment.

Tekninen tausta 15 Rikkihappoa valmistettaessa esiintyy alituisesti ongelmia, jotka liittyvät rikkitrioksidin ei-toivottuun emissioon, jolloin tällainen esiintyminen on erityisen selvä, kun prosessilaitteisto ylikuormittuu ja/tai tapahtuu käyttöhäiriöitä ja/tai kun tuotanto käynnistetään uu-20 delleen tällaisten käyttöhäiriöiden jälkeen.Technical Background 15 The production of sulfuric acid constantly presents problems associated with unwanted emissions of sulfur trioxide, which is particularly evident when process equipment is overloaded and / or malfunctions and / or when production is restarted after such malfunctions.

Tällainen emissio voidaan sietää itsessään, edellyttäen, että se on niin pienimittakaavaista, että sillä ei ole ympäristöä pilaavaa vaikutusta. Tällaisten kaasujen emissio ei kuitenkaan saa olla jatkuvaa ja niin muodoin 25 on välttämätöntä tarkkailla kaasuja, jotka ovat peräisin teollisista prosesseista ja jotka ovat taipuvaisia synnyttämään emissio-ongelmia.Such emissions may be tolerated by themselves, provided that they are so small-scale that they do not have a polluting effect. However, the emission of such gases must not be continuous and thus it is necessary to monitor gases originating from industrial processes which tend to cause emission problems.

Vaikka tiettyjen kaasujen suhteen on mahdollista analysoida kaasu varsinaisessa savupiipussa käyttäen tätä 30 varten valon absorptioanalysointia, on kaasu jo joko tyhjentynyt systeemistä ympäristöön tai on tyhjennettävässä prosessissa tehden siten kaasun palauttamisen mahdottomaksi, jos tällainen osoittautuisi toivottavaksi.Although for certain gases it is possible to analyze the gas in the actual chimney using light absorption analysis for this purpose, the gas has already either been evacuated from the system to the environment or is in the evacuation process, thus making gas recovery impossible if desired.

US-patenttijulkaisusta 3 945 801 on aikaisemmin 35 tunnettua indikaattori kloorivedyn läsnäolon indikoimisek- 2 80149 si kaasuissa, jolloin kloorivetyä sisältävä kaasu saa kulkea tulo- ja poistopäällä varustetun tilan läpi molempien päiden ollessa varustetut valosähköisellä yksiköllä, ja jossa tilassa kloorivety saa reagoida ammoniakin kanssa 5 kaasuun dispergoituneiden ammoniumkloridipartikkelien muodostamiseksi, jolloin valosähköiset yksiköt määrittävät eron valoabsorptiossa ja täten kloorivedyn läsnäolon.U.S. Pat. No. 3,945,801 previously discloses an indicator for indicating the presence of hydrogen chloride in gases, wherein the hydrogen chloride-containing gas is allowed to pass through a space with an inlet and outlet end, both ends being equipped with a photoelectric unit, and to form dispersed ammonium chloride particles, wherein the photoelectric units determine the difference in light absorption and thus the presence of hydrogen chloride.

Ullmanin Encyklopädie der techn. Chemie voi. 21, p. 161-162 esittää, että rikkitrioksidi muodostaa rikki-10 happosumua, kun se saatetaan kosketukseen veden kanssa.Ullman's Encyklopädie der techn. Chemie vol. 21, pp. 161-162 shows that sulfur trioxide forms a sulfur-10 acid mist when contacted with water.

US-patenttijulkaisu 4 078 896 kuvaa menetelmää typpioksidien määrittämiseksi fotometrisen analysaattorin avulla annetulla aallonpituudella. Typpimonoksidin määrittämiseksi tämä muunnetaan dioksidiksi otsonin avulla. Mui-15 ta havaittavia kaasuja ovat rikkivety ja rikkidioksidi.U.S. Patent 4,078,896 describes a method for determining nitrogen oxides at a given wavelength using a photometric analyzer. To determine nitric oxide, this is converted to dioxide using ozone. Other detectable gases are hydrogen sulfide and sulfur dioxide.

Siten on olemassa tarve löytää menetelmä, jolla kuivan poistokaasun rikkitrioksidipitoisuus voidaan mitata alavirtaan absorptiotornista rikkihappotehtaassa, niin että kaasu voidaan tarkastaa ja säätää nopealla tavalla. 20 Keksinnön esittelyThus, there is a need to find a method by which the sulfur trioxide content of a dry exhaust gas can be measured downstream of an absorption tower in a sulfuric acid plant so that the gas can be inspected and adjusted in a rapid manner. 20 Introduction to the invention

Nyt on yllättäen havaittu tämän keksinnön mukaisesti olevan mahdollista analysoida kaasuja, jotka sisältävät rikkitrioksidia, joka pystyy muodostamaan sumun, jolloin keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että aina-25 kin 35 mg S03/m3 sisältävää rikkitrioksidikaasua johdetaan suljettuun tilaan; että mainittu kaasu saatetaan kosketukseen 15 g H2 0/m3 sisältävän ilman kanssa, jonka sisältämä vesimäärä reagoi rikkitrioksidin kanssa sumun muodostamiseksi, ja että sumun kyky sulkea valoa mitataan. Keksinnön 30 mukaiselle laitteelle tunnusomaiset piirteet esitetään patenttivaatimuksessa 4.It has now surprisingly been found according to the present invention to be able to analyze gases containing sulfur trioxide which is capable of forming a mist, the method according to the invention being characterized in that a sulfur trioxide gas containing at least 35 mg of SO3 / m3 is introduced into a closed space; that said gas is contacted with air containing 15 g of H 2 O / m 3, the amount of water in which reacts with sulfur trioxide to form a mist, and that the ability of the mist to block light is measured. The characteristic features of the device according to the invention are set out in claim 4.

Tämän keksinnön avulla voidaan määrittää kaasuja, jotka sisältävät rikkitrioksidia määrässä alaspäin 35 mgtaan asti S03/m3, käyttäen tavallista ilmaa, jolla 35 on normaali kosteuspitoisuus, ts. vesisisältö 15-20 g 3 80149 H20/m3. On havaittu, että vesipitoisuuden ei tulisi olla pienempi kuin n. 15 g H20/m3, vaikka rikkitrioksidin määrä on pieni ja että siten kaikkea vettä ei tarvita.The present invention makes it possible to determine gases containing sulfur trioxide in an amount of up to 35 mg SO 3 / m 3, using ordinary air having a normal moisture content, i.e. a water content of 15 to 20 g 3 80149 H 2 O / m 3. It has been found that the water content should not be less than about 15 g H 2 O / m3, although the amount of sulfur trioxide is small and thus not all water is needed.

Keksintöä selostetaan seuraavassa viitaten oheiseen 5 piirrokseen, jossaThe invention will now be described with reference to the accompanying drawing, in which

Kuvio 1 on läpileikkauskuva keksinnön mukaisen ana-lyysilaitteen ensimmäisestä edullisesta suoritusmuodosta sijoitettuna jäännöskaasujohtoon; jaFigure 1 is a sectional view of a first preferred embodiment of an analysis device according to the invention placed in a residual gas line; and

Kuvio 2 on poikkileikkauskuva keksinnön mukaisen 10 analyysilaitteen toisesta edullisesta suoritusmuodosta.Figure 2 is a cross-sectional view of another preferred embodiment of an analysis device 10 according to the invention.

Viitaten ensin kuvioon 1 on siinä kuvattu sylinte-rimäinen putki 1, joka on sopivasti tehty haponkestävästä aineksesta, kuten haponkestävästä teräksestä tai polypropeenista. Putken toiseen päähän 2 on järjestetty pesä 3, 15 joka sisältää peilin 4. Välittömästi pesän 3 edessä on kaasun sisääntuloputki 5. Peilin 4 läheisyyteen on asennettu toinen sisääntuloputki 6, joka on tarkoitettu johtamaan ilmaa ja/tai inerttikaasua. Putken 1 toiseen päähän 7 on järjestetty toinen pesä 8, joka sisältää fotodio-20 din 9 ja vastaanottajan, valokennon, 10. Vastaanottaja 10 on kytketty siirtolaitteeseen 11, joka siirtää sisääntu-levat signaalit kirjoittimelle ja/tai näyttölaitteelle (ei näy kuviossa). Pesään 8 on kytketty syöttöputki 12, joka on järjestetty kuljettamaan ilmaa ja/tai inerttikaasua. 25 Putki 12 on yhteydessä putken 6 kanssa ja myös yhdysputken 13 kanssa, joka on järjestetty fotodiodin 9 ja vastaanottajan 10 ympärille ilman/inerttikaasun tuomista varten alueelle diodin ja vastaanottajan ympärille. Putken 1 toiseen päähän 7 on myös järjestetty poistoputki 14, joka on 30 kytketty imulähteeseen, esimerkiksi tyhjöpumppuun (ei näy kuviossa).Referring first to Figure 1, there is illustrated a cylindrical tube 1 suitably made of an acid-resistant material such as acid-resistant steel or polypropylene. At one end 2 of the pipe there is a housing 3, 15 which contains a mirror 4. Immediately in front of the housing 3 there is a gas inlet pipe 5. A second inlet pipe 6 is installed in the vicinity of the mirror 4 for conducting air and / or inert gas. At the other end 7 of the tube 1 is arranged a second housing 8 containing a photodiode 20 and a receiver, a photocell, 10. The receiver 10 is connected to a transmission device 11 which transmits incoming signals to a printer and / or a display device (not shown). Connected to the housing 8 is a supply pipe 12 arranged to carry air and / or inert gas. The tube 12 communicates with the tube 6 and also with the connecting tube 13 arranged around the photodiode 9 and the receiver 10 for introducing air / inert gas into the area around the diode and the receiver. Also provided at the other end 7 of the pipe 1 is an outlet pipe 14 which is connected 30 to a suction source, for example a vacuum pump (not shown in the figure).

Kuviossa 2 esitetty suoritusmuoto käsittää sylinte-rimäisen putken 1, joka on tehty esimerkiksi polypropeenista. Putken 1 toiseen päähän 2 on järjestetty pesä 3, 35 johon on sovitettu fotodiodi 9. Suoritusmuoto sisältää 4 80149 myös putken 16, jonka läpi siihen voidaan tuoda ilmaa putken sisäosan huuhtelemiseksi. Putken 1 päähän 2 on järjestetty kaksi sisääntuloputkea 5 ja 6, joista ensiksi mainittu putki on yhdistetty jäännöskaasujohtoon (ei näy ku-5 viossa) ja jälkimmäinen on yhdistetty ilmalähteeseen. Putken 1 toinen pää 7 on varustettu lisäpesällä 8, johon on sovitettu vastaanotin 10 ja siirtolaite 11. Pesään 8 on yhdistetty vielä ilmahuuhtelun sisääntuloputki 12. Putken 1 toiseen päähän 7 on yhdistetty myös ulosmenoputki 14, 10 joka on yhdistetty imulähteeseen, jota ei näy kuviossa.The embodiment shown in Figure 2 comprises a cylindrical tube 1 made of, for example, polypropylene. At the other end 2 of the tube 1 a housing 3, 35 is arranged in which a photodiode 9 is arranged. The embodiment also includes 4 80149 a tube 16, through which air can be introduced to flush the inside of the tube. At the end 2 of the pipe 1, two inlet pipes 5 and 6 are arranged, of which the former pipe is connected to a residual gas line (not shown in Fig. 5) and the latter is connected to an air source. The other end 7 of the pipe 1 is provided with an additional housing 8 in which a receiver 10 and a transfer device 11 are fitted. The air purge inlet pipe 12 is further connected to the housing 8. An outlet pipe 14, 10 is also connected to the other end 7 of the pipe 1.

Laitteen toimintatapa on seuraava: Käytettäessä kuvioissa 1-2 kuvattua laitetta, avataan ulosmenoputki 14 tyhjölähteeseen, minkä jälkeen kaasua imeytyy jäännöskaasujohdosta putkeen 1. Kaasu voi olla 15 kaasua, joka poistuu absorptiotornista rikkihappotehtaassa ja siten on toivottavaa mitata rikkitrioksidin jäämämäärät kaasussa. Samanaikaisesti kosteaa ilmaa viedään putken 6 kautta, joka ilma on tarkoitettu huuhtelemaan puhtaaksi alueen peilin 4 ja valodiodin 9 ympärillä, vastaavasti, 20 ja reagoimaan kaiken läsnä olevan rikkitrioksidin kanssa muodostamaan rikkihapposumua. Ilman kosteuspitoisuus on kosteus, joka normaalisti on läsnä ympäröivässä ilmassa tavallisissa ilmasto-olosuhteissa. Samanaikaisesti kun ilmaa imetään putken 6 kautta, ilmaa imeytyy myös sisään 25 putkien 12/13 kautta ja pesän 8 läpi huuhdellakseen siten valodiodin 9/vastaanottajan 10 ja vastaavasti vastaanottimen 10 ympäristön. Valodiodi 9 säteilee valonsäteen, joka, ellei putkessa 1 ole sumua, kulkee vastaanottimeen 10 täydellä voimalla, valinnaisesti peilin 4 kautta, kun 30 käytetään kuvipn 1 suoritusmuotoa. Kun rikkitrioksidin läsnäolon johdosta muodostuu sumu, siirtynyt valo pyyhkiytyy pois, joko kokonaan tai osittain, jolloin määrä, johon asti valoa häviää, on verrannollinen läsnä olevan rikkitrioksidin määrään.The operation of the device is as follows: Using the device shown in Figures 1-2, the outlet pipe 14 is opened to a vacuum source, after which gas is absorbed from the residual gas line into pipe 1. The gas may be 15 gas leaving the absorption tower in a sulfuric acid plant. At the same time, moist air is introduced through a pipe 6, which air is intended to purge the area around the mirror 4 and the light emitting diode 9, respectively, and to react with all the sulfur trioxide present to form a sulfuric acid mist. The moisture content of the air is the humidity normally present in the ambient air under normal climatic conditions. At the same time as the air is sucked through the pipe 6, air is also sucked in through the pipes 12/13 and through the housing 8, thus flushing the surroundings of the light emitting diode 9 / receiver 10 and the receiver 10, respectively. The light emitting diode 9 emits a light beam which, unless there is fog in the tube 1, passes to the receiver 10 at full force, optionally through a mirror 4, when the embodiment of Fig. 1 is used. When a mist is formed due to the presence of sulfur trioxide, the transmitted light is wiped away, either completely or partially, with the amount up to which the light disappears being proportional to the amount of sulfur trioxide present.

35 Kun läsnä olevan rikkitrioksidin määrän havaitaan 5 80149 olevan voimakkaasti liiallinen, voidaan kaasu jäännöskaa-sujohdossa palauttaa absorptiotorniin rikkihappotehtaassa tai voidaan tehdä vaarattomaksi jollakin muulla tavalla, esimerkiksi pesemällä. Kuvion 2 suoritusmuodossa olete-5 taan, että jäännöskaasua tuodaan putken 5 kautta samanaikaisesti kun kosteudeltaan normaalia ilmaa imeytyy sisään putken 6 kautta ja puhdistavaa kuivaa ilmaa kuljetetaan putken 16 kautta. Jos rikkitrioksidia on läsnä, se reagoi veden kanssa muodostamaan sumua, jonka kyky sammuttaa fo-10 todiodilta siirrettyä valoa voidaan helposti mitata edellä mainitulla tavalla.35 When the amount of sulfur trioxide present is found to be severely excessive, the gas in the residual gas line can be returned to the absorption tower in the sulfuric acid plant or can be rendered harmless by some other means, such as washing. In the embodiment of Figure 2, it is assumed that the residual gas is introduced through the pipe 5 at the same time as air of normal humidity is absorbed through the pipe 6 and the cleaning clean air is conveyed through the pipe 16. If sulfur trioxide is present, it reacts with water to form a mist whose ability to extinguish the light transferred from the fo-10 todiodide can be easily measured as mentioned above.

Kaikki kaasut vedetään imemällä poistoputken 14 läpi, pitäen siten valolähde 9 ja vastaanotin 10 vapaana päällysteistä, esimerkiksi rikkihappopäällysteestä ja voi-15 daan suorittaa jatkuvaa analysointia, koska tuoretta kaa-sua/kaasuja voidaan alituisesti tuoda laitteistoon.All gases are drawn by suction through the outlet pipe 14, thus keeping the light source 9 and the receiver 10 free of coatings, for example sulfuric acid coatings, and continuous analysis can be performed because fresh gas / gases can be continuously introduced into the equipment.

Käyttäen kuvion 1 mukaista peili/heijastinjärjeste-lyä, on mahdollista kaksinkertaistaa valonsäteen pituus tai laite voidaan vastaavasti lyhentää puoleen pituudes-20 taan, jollainen suoritusmuoto on kiinnostava, kun laite on sijoitettava jäännöskaasujohdon 21 sisään. Kun putki 1 myös sijoitetaan jäännöskaasujohtoon, se lämpenee samaan lämpötilaan kuin kaasu, tiivistysvaaran siten poistamiseksi. Edullisesti putken 1 ja pesien 3 ja 8 sisäpinnat on 25 muotoiltu niin, että ne estävät kaiken mahdollisesti muodostuvan kondensaatin pääsyn valolähde/vastaanotinyksi-köihin, esimerkiksi, kuten on esitetty kuviossa 2.Using the mirror / reflector arrangement according to Fig. 1, it is possible to double the length of the light beam or the device can be correspondingly shortened to half its length, an embodiment of interest when the device has to be placed inside the residual gas line 21. When the pipe 1 is also placed in the residual gas line, it heats up to the same temperature as the gas, thus eliminating the risk of sealing. Preferably, the inner surfaces 25 of the tube 1 and the sockets 3 and 8 are shaped to prevent any condensate that may form from entering the light source / receiver units, for example as shown in Figure 2.

Kun analysoidaan rikkitrioksidia, pitoisuusalue voi olla 35-1 000 mg S03/m3 kaasua, jolloin tämä alue kattaa 30 täysin kaikki nykyiset toimintaolosuhteet.When analyzing sulfur trioxide, the concentration range can be 35-1000 mg SO3 / m3 gas, with this range fully covering all current operating conditions.

Edellä esitetty kuvaus on tehty viitaten kaasuihin, jotka purkautuvat prosessiteollisuuksista. On kuitenkin ymmärrettävä, että polttokaasuja voidaan analysoida ja säädellä samalla tavalla erityisesti, kun polttokaasut 35 ovat pääasiallisesti vapaat noesta ja muista osasista, kuten asia on suurissa polttolaitoksissa.The above description has been made with reference to gases discharged from process industries. It is to be understood, however, that the flue gases can be analyzed and regulated in the same manner, especially when the flue gases 35 are substantially free of soot and other particles, as is the case in large combustion plants.

Claims

A method for determining gas wherein it is introduced into a confined space and reacted with a reagent to form a detectable product, characterized in that sulfur trioxide gas containing at least 35 mg of SO3 per m3 is introduced. in an enclosed space (1); that said gas is contacted with air containing at least 15 g of H2 O per m3, whose water content 10 reacts with the sulfur trioxide to form a fog and that the fog's ability to extinguish light is measured (4,9,10).

2. A method according to claim 1, characterized in that the gas is introduced into a measuring cell (4, 9,10) and that an additional gas is passed through the measuring cell arranged in the measuring cell.

3. A method according to claim 2, characterized in that the additional gas is air containing the humidity which is to react with the first mentioned gas to form said fog.

Apparatus for determining mist-forming sulfur trioxide according to the method of claims 1-3, wherein said device comprises a closed tubular space (1); a sulfur trioxide analyzer unit (8) located at one end of the closed tubular space (1) and comprising a light source (9) and a receiver (10) for receiving a light beam emitted from said light source (9); a mirror (4) located at the other end of the closed tubular space (1) such that a light beam emitted from the light source (9) passes through the closed tubular space (1) in a first direction, reflected by the mirror (4) ) and then again passes through the closed tubular space (1) in a second direction opposite to the first direction; a supply pipe (5) connected to a source of sulfur trioxide-containing gas to be measured; at least one inlet pipe (6) for at least one additional gas, said at least one inlet pipe (6) being arranged to supply said at least one additional gas in the vicinity of the sulfur trioxide analysis unit (8) and the mirror (4); and an outlet tube (14) connected to a suction source for removing said gases, characterized in that said outlet tubes (14) and inlet tubes (6) are spaced apart from each other.